Τι είναι ο μετασχηματιστής Tesla

Σήμερα, ο μετασχηματιστής Tesla ονομάζεται μετασχηματιστής υψηλής συχνότητας υψηλής τάσης, και στο δίκτυο μπορείτε να βρείτε πολλά παραδείγματα ζωντανών εφαρμογών αυτής της ασυνήθιστης συσκευής. Ένα πηνίο χωρίς σιδηρομαγνητικό πυρήνα, αποτελούμενο από πολλές σπείρες λεπτού σύρματος, στεφανωμένο με ένα θώρακα, εκπέμπει πραγματικό αστραπή, εντυπωσιάζοντας καταπληκτικούς θεατές. Αλλά όλοι θυμούνται πώς και γιατί αυτή η καταπληκτική συσκευή δημιουργήθηκε αρχικά;

Το ιστορικό αυτής της εφεύρεσης αρχίζει στα τέλη του 19ου αιώνα, όταν ένας λαμπρός πειραματικός επιστήμονας Νικόλα Τέσλαενώ εργάστηκε στις ΗΠΑ, έθεσε μόνο τον εαυτό του το καθήκον να μάθει πώς να μεταδίδει ηλεκτρική ενέργεια σε μεγάλες αποστάσεις χωρίς καλώδια.

Είναι δύσκολο να εντοπιστεί το συγκεκριμένο έτος όταν η ιδέα αυτή ήρθε στον επιστήμονα σίγουρα, αλλά είναι γνωστό ότι στις 20 Μαΐου 1891 ο Nikola Tesla έδωσε λεπτομερή διάλεξη στο Πανεπιστήμιο Columbia, όπου παρουσίασε τις ιδέες του στο προσωπικό του Αμερικανικού Ινστιτούτου Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και εικονογραφήθηκε παρουσιάζοντας οπτικά πειράματα.

Ο σκοπός των πρώτων διαδηλώσεων ήταν να δείξουν ένα νέο τρόπο λήψης φωτός χρησιμοποιώντας ρεύματα υψηλής συχνότητας και υψηλής τάσης γι 'αυτό, καθώς και να αποκαλύψουν τα χαρακτηριστικά αυτών των ρευμάτων. Σε δίκαιη κατάσταση, σημειώνουμε ότι οι σύγχρονες λάμπες φθορισμού εξοικονόμησης ενέργειας λειτουργούν με βάση την αρχή που μόλις προτάθηκε για το φως του Tesla.

Τελική θεωρία σχετικά με ακριβώς ασύρματη ηλεκτρική μετάδοση ισχύος ο επιστήμονας πέρασε αρκετά χρόνια έχοντας στο νου την τεχνολογία του, πειραματίζοντας πολλά και βελτιώνοντας με προσοχή κάθε στοιχείο του κυκλώματος, ανέπτυξε διακόπτες, εφευρέθηκε ανθεκτικούς πυκνωτές υψηλής τάσης, εφευρέθηκαν και τροποποίησαν ελεγκτές κυκλωμάτων, αλλά δεν μπορούσε να φέρει εις πέρας το σχέδιό του στην κλίμακα στην οποία ήθελε.

Ωστόσο, η θεωρία μας έχει φτάσει. Είναι διαθέσιμα ημερολόγια, άρθρα, διπλώματα ευρεσιτεχνίας και διαλέξεις του Nikola Tesla, στα οποία μπορείτε να βρείτε τις αρχικές λεπτομέρειες σχετικά με αυτήν την τεχνολογία. Η αρχή της λειτουργίας ενός συντονιστή μετασχηματιστή μπορεί να βρεθεί διαβάζοντας, για παράδειγμα, τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας του Νίκο Τέσεα Νο. 787412 ή Νο. 649621, που είναι ήδη διαθέσιμα σήμερα στο δίκτυο.

Αν προσπαθήσετε να καταλάβετε σύντομα πώς λειτουργεί ο μετασχηματιστής Tesla, εξετάστε τη δομή και την αρχή λειτουργίας του, τότε δεν υπάρχει τίποτα περίπλοκο.

Η δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή είναι κατασκευασμένη από μονωμένο σύρμα (για παράδειγμα, από ένα σύρμα σμάλτου), το οποίο τοποθετείται στρογγυλά σε ένα μόνο στρώμα σε ένα κοίλο κυλινδρικό πλαίσιο, ο λόγος του ύψους του πλαισίου προς τη διάμετρο του λαμβάνεται συνήθως από 6 σε 1 έως 4 προς 1.

Μετά την περιέλιξη, η δευτερεύουσα περιέλιξη είναι επικαλυμμένη με εποξειδική ρητίνη ή βερνίκι. Το πρωτεύον τύλιγμα αποτελείται από ένα σχετικά μεγάλο σύρμα διατομής, συνήθως περιέχει από 2 έως 10 στροφές και ταιριάζει σε σχήμα επίπεδης σπείρας ή τυλίγεται σαν δευτερεύουσα - σε κυλινδρικό πλαίσιο με διάμετρο ελαφρώς μεγαλύτερη από αυτή του δευτερεύοντος.

Το ύψος της πρωτεύουσας περιέλιξης, κατά κανόνα, δεν υπερβαίνει το 1/5 του ύψους του δευτερεύοντος. Ένα δακτυλίδι είναι συνδεδεμένο στον άνω ακροδέκτη του δευτερεύοντος τυλίγματος και ο κάτω ακροδέκτης του είναι γειωμένος. Στη συνέχεια, εξετάστε όλα με περισσότερες λεπτομέρειες.

Για παράδειγμα: το δευτερεύον περίβλημα τυλίγεται σε πλαίσιο με διάμετρο 110 mm, το σύρμα σμάλτου PETV-2 με διάμετρο 0,5 mm και περιέχει 1200 στροφές, έτσι το ύψος του είναι περίπου 62 cm και το μήκος του σύρματος είναι περίπου 417 μέτρα. Αφήστε το πρωτεύον τύλιγμα να περιέχει 5 στροφές από ένα χοντρό σωλήνα χαλκού, τυλιγμένο γύρω από μια διάμετρο 23 cm και ύψος 12 cm.

Στη συνέχεια, κάντε ένα toroid. Ιδανικά, η χωρητικότητά του πρέπει να είναι τέτοια ώστε η συντονισμένη συχνότητα του δευτερεύοντος κυκλώματος (γειωμένο δευτερεύον πηνίο μαζί με το δακτυλιοειδές και το περιβάλλον μέσον) να αντιστοιχεί στο μήκος του δευτερεύοντος σύρματος περιέλιξης έτσι ώστε αυτό το μήκος να ισούται με το ένα τέταρτο του μήκους κύματος (για παράδειγμα, η συχνότητα είναι ίση με 180 kHz) .

Για ακριβή υπολογισμό, μπορεί να είναι χρήσιμο ένα ειδικό πρόγραμμα για τον υπολογισμό των πηνίων Tesla, για παράδειγμα VcTesla ή inca.Ένας πυκνωτής υψηλής τάσης επιλέγεται για το πρωτεύον τύλιγμα, η χωρητικότητα του οποίου, μαζί με την επαγωγή του πρωτογενούς τυλίγματος, θα σχηματίζει ένα ταλαντευτικό κύκλωμα, του οποίου η φυσική συχνότητα θα είναι ίση με τη συχνότητα συντονισμού του δευτερεύοντος κυκλώματος. Συνήθως, λαμβάνεται ένας πυκνωτής κοντά στην χωρητικότητα και ο συντονισμός πραγματοποιείται με την επιλογή των στροφών της πρωτεύουσας περιέλιξης.

Η ουσία του μετασχηματιστή Tesla σε κανονική μορφή έχει ως εξής: ο πυκνωτής πρωτογενούς κυκλώματος φορτίζεται από μια κατάλληλη πηγή υψηλής τάσης, τότε συνδέεται με τον διακόπτη στο πρωτεύον κύλινδρο και έτσι επαναλαμβάνεται πολλές φορές ανά δευτερόλεπτο.

Ως αποτέλεσμα κάθε κύκλου μεταγωγής, παρατηρούνται αποσβεσμένες τάσεις στο πρωτεύον κύκλωμα. Αλλά το κύριο πηνίο είναι ένας επαγωγέας για το δευτερεύον κύκλωμα, επομένως, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διεγείρονται στο δευτερεύον κύκλωμα, αντίστοιχα.

Δεδομένου ότι το δευτερεύον κύκλωμα συντονίζεται με συντονισμό με τις πρωτεύουσες ταλαντώσεις, δημιουργείται συντονισμός τάσης στη δευτερεύουσα περιέλιξη και έτσι ο συντελεστής μετασχηματισμού (ο λόγος των στροφών του πρωτεύοντος τυλίγματος και των δευτερευόντων περιελίξεων που καλύπτονται από αυτό) πρέπει επίσης να πολλαπλασιαστεί με Q - τον συντελεστή ποιότητας του δευτερεύοντος κυκλώματος, τάση στη δευτερεύουσα περιέλιξη στην τάση στο πρωτεύον.

Και δεδομένου ότι το μήκος του σύρματος του δευτερεύοντος τυλίγματος είναι ίσο με το ένα τέταρτο του μήκους κύματος των ταλαντώσεων που προκαλούνται σ 'αυτό, στο δακτυλιοειδές θα υπάρχει ένα αντίθετο τάσης (και στο σημείο του εδάφους - το σημερινό αντίθετο) και εκεί μπορεί να λάβει χώρα η πιο αποτελεσματική κατανομή.

Διαφορετικά κυκλώματα χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία του πρωτεύοντος κυκλώματος, από ένα στατικό διάκενο σπινθήρων (διαφορικό σπινθήρων) που τροφοδοτείται από MOTs (μετασχηματιστής υψηλής τάσης από φούρνο μικροκυμάτων) σε κυκλώματα συντονισμένου τρανζίστορ σε προγραμματιζόμενους ελεγκτές που τροφοδοτούνται με μια διορθωμένη τάση δικτύου, ωστόσο η ουσία αυτού δεν αλλάζει.

Εδώ είναι οι πιο συνηθισμένοι τύποι πηνίων Tesla, ανάλογα με τον τρόπο που τους ελέγχετε:

SGTC (SSTC, Spark Gap Tesla Coil) - Μετασχηματιστής Tesla στο κενό σπινθήρων. Πρόκειται για ένα κλασικό σχέδιο, ένα παρόμοιο σχέδιο χρησιμοποιήθηκε αρχικά από τον ίδιο τον Tesla. Ως στοιχείο μεταγωγής χρησιμοποιείται εδώ ένα διάκενο σπινθήρων. Στις δομές χαμηλής ισχύος, ο απαγωγέας είναι δύο κομμάτια παχιάς σύρματος που βρίσκονται σε κάποια απόσταση, ενώ σε πιο ισχυρά χρησιμοποιούνται πολύπλοκες περιστρεφόμενες συσκευές εκτόνωσης με κινητήρες. Οι μετασχηματιστές αυτού του τύπου κατασκευάζονται εάν απαιτείται μόνο μια μεγάλη ταινία και η απόδοση δεν είναι σημαντική.

VTTC (WTC, Σωλήνας κενού Tesla) - Μετασχηματιστής Tesla σε ηλεκτρονική λυχνία. Ως στοιχείο μεταγωγής χρησιμοποιείται εδώ ένας ισχυρός ραδιοφωνικός σωλήνας, για παράδειγμα ο GU-81. Αυτοί οι μετασχηματιστές μπορούν να λειτουργούν συνεχώς και να παράγουν αρκετά παχύρρευστες εκκενώσεις. Αυτός ο τύπος ενέργειας χρησιμοποιείται συχνότερα για την κατασκευή πηνίων υψηλής συχνότητας, τα οποία, λόγω της τυπικής εμφάνισης των ταινιών τους, ονομάζονται "φακοί".

SSTC (SSTC, Στερεώδες Tesla Coil) - Μετασχηματιστής Tesla, στον οποίο χρησιμοποιούνται οι ημιαγωγοί ως βασικό στοιχείο. Συνήθως Τρανζίστορ IGBT ή MOSFET. Αυτός ο τύπος μετασχηματιστή μπορεί να λειτουργεί συνεχώς. Η εμφάνιση των ταινιών που δημιουργούνται από ένα τέτοιο πηνίο μπορεί να είναι πολύ διαφορετική. Αυτός ο τύπος μετασχηματιστή Tesla είναι ευκολότερος στον έλεγχο, για παράδειγμα, μπορείτε να αναπαράγετε μουσική σε αυτά.

DRSSTC (DRSTC, διπλής αντηχήσεως στερεάς κατάστασης Tesla Coil) - Μετασχηματιστής Tesla με δύο κυκλώματα συντονισμού, εδώ, ως κλειδιά στη SSTC, χρησιμοποιούνται ημιαγωγοί. ДРССТЦ - ο πιο δύσκολος τύπος μετασχηματιστών Tesla στον έλεγχο και τον συντονισμό.

Για την επίτευξη αποτελεσματικότερης και αποτελεσματικότερης λειτουργίας του μετασχηματιστή Tesla, χρησιμοποιούνται τα συστήματα τοπολογίας DRSSTC, όταν επιτυγχάνεται ισχυρός συντονισμός στο ίδιο το πρωτεύον κύκλωμα και στη δευτερεύουσα, αντίστοιχα, φωτεινότερη εικόνα, μακρύτεροι και παχύτεροι φωτισμοί (streamers).

Ο ίδιος ο Tesla προσπάθησε όσο καλύτερα μπορούσε για να επιτύχει έναν τέτοιο τρόπο λειτουργίας του μετασχηματιστή του και οι αρχές αυτής της ιδέας μπορούν να φανούν στην ευρεσιτεχνία 568176, όπου χρησιμοποιούνται αντιδραστήρες φορτίου, και στη συνέχεια ο Tesla ανέπτυξε το κύκλωμα κατά μήκος αυτής της διαδρομής, δηλαδή προσπάθησε να χρησιμοποιήσει το πρωτεύον κύκλωμα όσο το δυνατόν αποτελεσματικότερα συντονισμού. Μπορείτε να διαβάσετε σχετικά με τα πειράματα του επιστήμονα στο ημερολόγιό του (οι σημειώσεις των επιστημόνων σχετικά με τα πειράματα στο Colorado Springs, τις οποίες διεξήγαγε από το 1899 έως το 1900, έχουν ήδη δημοσιευθεί σε έντυπη μορφή).

Μιλώντας για την πρακτική εφαρμογή του μετασχηματιστή Tesla, δεν πρέπει να περιορίζεται στον θαυμασμό για την αισθητική φύση των λαμβανόμενων απορρίψεων και να αντιμετωπίζει τη συσκευή ως διακοσμητική. Η τάση στη δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή μπορεί να φθάσει σε εκατομμύρια βολτ, η οποία τελικά είναι μια αποτελεσματική πηγή υπερβολικά υψηλής τάσης.

Ο ίδιος ο Τέσλα ανέπτυξε το σύστημά του για τη μετάδοση ηλεκτρισμού σε μεγάλες αποστάσεις χωρίς σύρματα, χρησιμοποιώντας την αγωγιμότητα των ανώτερων αέριων στρωμάτων της ατμόσφαιρας. Θεωρήθηκε ότι υπήρχε ένας μετασχηματιστής λήψεως παρόμοιας σχεδίασης, ο οποίος θα μείωσε την αποδεκτή υψηλή τάση σε τιμή αποδεκτή από τον καταναλωτή, μπορείτε να μάθετε για αυτό με την ανάγνωση της ευρεσιτεχνίας αριθ. 649621 της Tesla.

Ιδιαίτερη σημασία έχει η φύση της αλληλεπίδρασης του μετασχηματιστή Tesla με το περιβάλλον. Το δευτερεύον κύκλωμα είναι ένα ανοιχτό κύκλωμα και το σύστημα δεν είναι θερμοδυναμικά απομονωμένο, δεν είναι ακόμη κλειστό, είναι ένα ανοιχτό σύστημα. Η σύγχρονη έρευνα προς αυτήν την κατεύθυνση διεξάγεται από πολλούς ερευνητές και δεν έχει ακόμη καθοριστεί σημείο σε αυτή τη διαδρομή.